Состав бронзы

Бронзой называется сплав меди с другими элементами, в частности с оловом, алюминием, кремнием, бериллием, свинцом и другими, кроме цинка и никеля. Сплав меди с цинком называется латунью, а с никелем – мельхиором. Не смотря на то, что состав бронзы содержит основной компонент (например, в сплаве меди и олова именно олово является основным компонентом), в любой бронзе также присутствуют добавки других элементов – цинка, свинца, фосфора и пр.

Бронзу человек научился изготавливать еще в 5 тысячелетии до нашей эры, что подтверждается многочисленными археологическими находками, к которым относятся, прежде всего, древние бронзовые изделия в виде украшений и различных предметов повседневного обихода. Самой первой бронзой являлся сплав меди и мышьяка – мышьяковистая бронза. Данный вид бронзы ничуть не уступал оловянной бронзе, а в некоторых случаях даже превосходил ее. Со временем к концу бронзового века на смену мышьяковистой бронзе постепенно стала приходить бронза оловянная, а также другие более дорогие ее сорта. Это происходило по нескольким причинам. Во-первых, мышьяковистая бронза обладала достаточно высокой токсичностью, что неизбежно приводило работающих с ней людей к инвалидности. Во-вторых, мышьяковистая бронза оказалась непригодной для металлургии – изделия из нее ломались, переплавке данный сплав не подлежал в связи с тем, что во время данного процесса некоторый процент мышьяка просто испарялся или выделялся в виде шлака, что приводило к повышенной хрупкости сплава и, как следствие, изделий из него. В лучшем случае, переплавленную мышьяковистую бронзу могли использоваться для бижутерии или неответственных деталей. Третьей причиной, по которой данный вид бронзы исчезал из обихода, являлась выработка поверхностно залегающих месторождений, которые были богаты медью и мышьяком. Мышьяк встречался значительно реже олова и некоторых других металлов, которые использовались для изготовления сплава, в связи с чем бронза с мышьяком была существенно выше в цене. Таким образом, когда появился первый гужевой транспорт, который послужил развитию международным экономическим связям, стало значительно рентабельнее привозить немышьяковые сорта бронзы, чем тратить средства на изготовление собственной мышьяковистой.

Свойства бронзы

На свойства и характеристики бронзы влияет состав сплава, который и определяет его разновидности.

По составу выделяют следующие типы бронзы:

• оловянные. Данные сплавы могут быть как двухкомпонентными, так и многокомпонентными, но, не смотря на это, все же олово остается вторым по массе элементом;
• безоловянные. Таковыми считаются все остальные виды бронзы, в составе которых отсутствует олово – алюминиевая, бериллиевая, кремниевая, свинцовая и пр. В зависимости от того, какой компонент присутствует в сплаве, бронза обретает те или иные конкретные свойства. Например, благодаря наличию бериллия в составе сплава материал становится исключительно упругим, а также износостойким. А вот присутствие кремния придает антифрикционные свойства.

Согласно области применения бронзы бывают:

• деформируемые, т.е. те, которые с легкостью подвергаются механической обработке – ковке, прокатке, резке и т.д.;
• литьевые. В данном случае для изготовления изделия используется исключительно литье. Это связано с тем, что обработка и деформация сплавов данного вида возможно только при воздействии на них очень высоких температур.

Структура бронзы позволяет классифицировать материал следующим образом:

• на однофазный, т.е. компонентами в твердом растворе образуется одна какая-то фаза. А данном материале максимальное процентное содержание олова составляет от 6% до 8%. Такая структура придает материалу эластичность, что позволяет ее обрабатывать путем ковки. Стоит отметить, что бронзу, в составе которой присутствует около 2% олова можно обрабатывать путем ковки на холоде без нагрева, а вот при процентном содержании олова до 8% без нагрева при ковке не обойтись;
• на двухфазный. Данный вид связан с появлением двух фаз в растворе, что имеет радикальное влияние на свойства материала. Если же процентное содержание олова в составе сплава значительно выше 15%, что является максимальным показателем растворимости, то в твердом растворе образуются две фазы. При этом, в отличие от однофазной структуры, материал становится совершенно нековким, а наоборот – приобретает твердость и хрупкость. Именно бронзу, имеющую двухфазную структуру, используются для отливки.

На сегодняшний день самым распространенным видом бронзы являются оловянные.

Основные технические характеристики бронзы:

• плотность бронзы. Имеет непостоянное значение, поскольку зависит от массовой доли олова в сплаве. Таким образом, если процентное содержание олова в материале составляет в пределах 8% – 4%, то плотность может колебаться от 8,6 кг/см³ до 9,1 кг/см³;
• температура плавления находится в пределах от 880⁰С до 1060⁰С и может изменяться в зависимости от состава сплава;
• средняя теплоемкость бронзы составляет 0,385 кДж;
• большинство бронз обладают достаточно низкой теплопроводностью, зачастую ниже, чем у меди – величина удельного электросопротивления составляет 0,087 – 0,176 мкОм*м;
• материал бронза обладает достаточно высокой устойчивостью к повреждению коррозией как на открытом воздухе, так и во влажной среде, поэтому скорость корродирования достаточно низкая – 0,002 мм/год на воздухе и 0,04 мм/год во влажной среде.

Основным материалом для производства бронзы являются металлы или сплавы. Вторые используются значительно чаще в силу своей относительно невысокой стоимости, а также возможности получения абсолютно любых литьевых бронз.

Применение бронзы

На сегодняшний день данный сплав нашел свое очень широкое применение. Это связано, в первую очередь, с наличием уникальных разнообразных свойств.

• бронза является основным материалом для изготовления различных скульптур, а также огромного количества декоративных предметов, к которым относятся статуэтки, пепельницы, светильники, решетки, украшения перил и многое другое. Из литьевой бронзы получают отливки, отличающиеся своей сложностью. Благодаря этому, можно получить, например, скульптуру, на которой будут переданы буквально поры кожи;
• ювелирное мастерство. Не смотря на то, что в данном деле сегодня бронза применяется несколько меньше, чем в других сферах человеческой деятельности, все же были времена, когда сплав являлся основным материалом для производства женских украшений;
• различная фурнитура. Из бронзы изготавливают накладные петли, замки, ручки, краны, смесители, а также сантехника. Это связано с такой особенностью бронзы, как долговечность и повышенная устойчивость к коррозии. Кроме этого, бронза позволяет все указанные предметы превратить в настоящие произведения искусства и сделать из них изящный элемент декора;
• литейная бронза используется для производства шестерней, втулок, уплотнителей, различной аппаратуры, эксплуатация которой проходит в среде повышенной влажности и под водой;

Все указанные выше области применения предполагают использование именно оловянной бронзы. Все остальные виды данного сплава уместно применять в тех сферах человеческой деятельности, где по каким-то причинам невозможно применить оловянную бронзу. Отличным примером этому является бериллиевая бронза, которая используется в электротехнике, поскольку она обладает значительно высшей теплопроводностью и электропроводностью, чем оловянная бронза.

Таким образом, следует сказать, что не смотря на то, что бронза является самым древним известным в истории человечества сплавом, благодаря своему разнообразию и уникальным свойствам нашел свое широкое применение и в современном мире.